1、摘 要本论文针对目前国内外数控车床的现状、发展动态和发展方向及其在现代工业中的重要作用，运用液压元件的基本理论，对其主关键结构液压系统箱进行了原理分析和优化设。根据设计的实际需要，对车床液压系统开展研究，并对液压系统的结构元件和液压控制系统的结构进行了优化设计。并介绍了一种在三爪卡盘上加装摆动式液压缸和平面螺旋机构的螺旋摆动式液压缸增力机构的结构。叙述了主要的设计步骤和参数的确定。关键词：数控车床 液压油泵 液压油缸 液压控制阀 三爪卡盘 性能分析 参数 优化设计IAbstractThe present paper in view of the present domestic and for
2、eign numerical control lathe present situation, the development tendency and the development direction and in the modern industry vital role, the utilization hydraulic unit basic theory, has carried on the static analysis and the optimized design to its important structure lathe bed, then achieved t
3、he instruction designs and enhances the numerical control lathe technical performance the goal.According to the design actual need, the method of hydraulics systems used in the actual project the related theory and the realization principle has carried on the elaboration, and has carried on the lath
4、e bed champing and drive module design as well as the optimized design.The research process mainly divides into hydraulic system analysis and hydraulic control of the optimization designs, obtained the lathe bed static stress and the strain, and has carried on the optimized design to the lathe bed s
5、tructure, has carried on a more scientific appraisal to the product.Key word：Numerical control lathe ;Hydraulic pumps ;Hydraulic cylinders ;control valves;performance analysis ;Optimized design 目录 摘 要 IAbstractII第一章 概 论 - 1 -1.1 液压技术的历史发展 - 1 -1.2 国内数控车床的现状和发展前景 - 1 -1.3 研究的对象和研究的方法 - 3 -第二章 液压系统的组成
6、 - 4 -2.1 液压系统组件的设计步骤 - 4 -2.2 技术参数确定 - 4 -2.3 主传动系统方案的确定 - 5 -2.4 液压系统结构设计 - 5 -2.5 拟定液压传动系统图 - 6 -第三章 液压站的设计 - 9 -3.1 液压缸的参数及设计 - 9 -3.1.1 液压缸的分类 - 9 -3.1.2 液压缸的主要参数 - 9 -3.1.3 液压缸的设计和计算 - 11 -3.2 液压缸主要零件的材料和技术要求 - 11 -3.2.1 缸体 - 11 -3.2.2 活塞 - 11 -3.2.3 活塞杆 - 12 -3.2.4 活塞杆直径的计算 - 12 -3.3 液压泵 - 13
7、 -3.3.1 液压泵概述 - 13 -3.3.2 液压泵的安装方式 - 13 -3.3.3 液压泵的选择 - 13 -3.3.4 电动机与液压泵的连接方式 - 14 -3.4 液压油箱 - 14 -3.4.1 液压油箱的作用 - 14 -3.4.2 液压油箱的外形尺寸 - 14 -3.4.3 液压油箱的结构设计 - 14 -3.5 集成化设计 - 15 -3.6 化的工作要求 - 16 -第四章 三爪卡盘的设计 - 17 -4.1 夹具的特点 - 17 -4.2 夹具的基本结构和原理 - 20 -4.3 三爪卡盘螺旋摆动式液压缸增力机构的结构和原理 - 20 -4.4 主要参数确定与结构计算
8、 - 22 -4.5 夹具在安装和操作时应注意的事项 - 23 -4.6 误差分析 - 24 -第五章 液压系统性能验算及维护 - 26 -5.1 性能验算 - 26 -5.2 系统维护 - 26 -小结体会 - 27 -致谢 - 28 -参考文献 - 29 -南昌工程学院专科毕业设计(论文)- 0 -第一章 概 论1.1 液压技术的历史发展液压传动相对于机械传动来说是一门新技术，但从 1650 年巴斯卡提出静压传递远离，1795 年英国的约瑟夫布拉默利用这一原理在英国制成了世界上第一台水压机，使液压技术开始进入工程领域算起，已有两三百年的历史了。到了 20 世纪 30 年代才较普遍地用于机械
9、、机床及工程领域。在第二次世界大战期间，由于军事工业迫切需要响应迅速、精度高、功率大的液压传动系统和伺服机构，以装备各种飞机、坦克、大炮和军舰，提高它们的使用性能，因此各种高压元件获得了进一步的发展，并出现了伺服阀。这里值得一提的是美国马塞诸塞州理工学院的布莱克本、李等人对于高压场合的液压问题以及伺服控制问题进行了深入的研究，大约于 1958 年他们研制出了电液伺服阀。当前液压技术在高速、高压、大功率、高效率、低噪声、经久耐用及高度集成化等各项要求方面都取得了重大进展，在完善比例控制、伺服控制、数字控制等技术上也有了许多新成就。由于伺服阀造价高、抗污染能力弱，后来又发展了比例阀和比例泵。我国路
10、甬祥博士在比例技术上的 5 项发明，是 20 世纪 80 年代液压技术的新突破。1.2 国内数控车床的现状和发展前景近年来，我国数控车床生产一直保持两位数增长。2002 年产量居世界第四。但与发达国家相比，我国车床数控化率还不高，目前生产产值数控化率不到 30 ；消耗值数控化率还不到 50 ，而发达国家大多在 70 左右。国产数控车床到 2000 年可供品种为 700 多种，接近数控车床品种的 50 ，其中占产量 70 的是经济型数控车床。最高转速一般在2000rmin，个别转速达 8000rmin， 坐标定位精度一般在 001mm，重复定位精度在0005mm，工作精度圆度在 0010005m
11、m 之间， 表面粗糙度 Ra08161xm。长城车床厂 CK7815C 液压系统最高转速 3 500rmin，快速行程 X 轴 9mmin，z 轴 12mmin，定位精度 X 轴 0016mm，z 轴 0025mm， 工作精度圆度 0007mm，表面粗糙度 Ra16 数控机床液压系统设计- 1 -m。国产数控系统 MTBF 可靠性大都超过 1 万小时，但国际上先进企业数控系统 MTBF 已达 8万小时。国产数控车床、加工中心 MTBF 有少数厂达 500h，但国际先进水平已达 800h。用户对国产加工中心刀库机械手、数控车床刀架仍不放心，其定位精度、特别是重复定位精度也有待提高。此外，外观、漏
12、油等老问题也与工业发达国家产品有差距。目前， 我国的功能部件生产企业规模普遍较小，布局分散，有些还依附于主机厂或研究所。从整体上看，我国功能部件生产发展缓慢，品种少，产业化程度低，从精度指标和性能指标都还不过硬。滚珠丝杠、数控刀架、数控系统、电液压系统等数控车床功能部件虽已形成一定的生产规模，但仅能满足中低档数控车床的配套需要。衡量数控车床水平的高级数控系统、高速精密电液压系统、高速滚动功能部件和数控动力刀架等还依赖进口。理顺功能部件生产企业的体制，做大做强一批功能部件生产企业已迫在眉睫。图 1-1 CNC-6130 数控机床实例南昌工程学院专科毕业设计(论文)- 2 -1.3 研究的对象和研
13、究的方法本课题研究对象是数控车床，本着高效节能、机电一体化、计算机辅助设计及计算机控制、系统集成化与控制技术集结于一身的目的，着重研究液压缸和液压泵，对其进行受力分析和优化设计，是设计一个高效、节能车床的前提。数控机床液压系统设计- 3 -第二章 液压系统的组成2.1 液压系统组件的设计步骤液压系统包括主泵动力站、和安装在主泵站上的控制件、附件等。因为液压系统的执行装置带动工件或刀具直接参加工件表面形成运动，所以它的工件性能对加工质量和生产率产生直接的影响，是车床上最重要的部件之一。2.2 技术参数确定车床技术参数包括主参数和一般技术参数，一般技术参数又包括车床的尺寸参数，运动参数和动力参数。
14、主参数（或称主要规格）是车床最重要的一个或两个技术参数，它表示车床的规格和最大工作能力。运动参数是车床执行件如夹具、刀架、工作台的运动速度，可分为主参数和进给运动参数两大类。主运动参数：变速范围 Rn= nmax/ nmin=3500/160=21.875dmax =kd=0.5135=67.5mm, dmin=Rddmax=0.2567.5=16.875 mmvmax=nmax3.14dmin /1000=35003.1416.875/1000=185m/minvmin= nmin3.14dmax/1000=1603.1467.5/1000=33.9 m/minnmax、nmin:液压系统最
15、高、最低转速（r/min） ；vmax vmin：最高、最低切削速度（m/min） ；dmax、dmin：最大、最小计算直径d：加工工件直径（mm）;南昌工程学院专科毕业设计(论文)- 4 -2.3 主传动系统方案的确定主传动变速方式可分为无极变级和有级变速两种，本车床采用无极变速的变速方式。无级变速是指在一定速度（或转速）范围内能连续、任意地变速。可选用最合适的切削速度，没有速度损失，生产率高；一般可在运转中变速，减少辅助时间；操纵方便；传动平稳等优点。这次设计采用了交流调速电动机，交流调速电动机通常采用变频调速方式进行调速。调速效率高，性能好，调速范围较宽，恒功率调速范围可达 5 甚至更大
16、。额定转速为1000r/min 或 1500r/min 等。2.4 液压系统结构设计液压系统组件的主要功能是夹持工件或刀具（包括砂轮）转动进行切削加工、传递运动、动力及承受切削力等，并保证刀具或工件具有准确定的运动轨迹。液压系统组件是车床的执行件，他它带动工件或刀具直接参与表面成形运动，其工作性能对车床的加工质量及生产率有直接影响，它是车床的一个重要组件。根据车床主参数、尺寸参数、运动参数、动力参数，并且遵循旋转精度；刚度；抗振性；热稳定性；耐磨性等基本要求的原则确定液压系统总体结构。数控机床液压系统设计- 5 -2.5 拟定液压传动系统图机床的液压系统的采用限压式变量叶片泵供油，工作压力调到 4MPa,压力由压力表 15显示。泵输出的压力油经过单向阀进入个子系统支路，其工作原理如下。(1)卡盘的夹紧与松开 在要求卡盘处于正卡（卡爪向内夹紧工件外圆）且在高压大夹紧力状态下时，3YA 失电，阀 4 左位工作，选择减压阀 8 工作。夹紧力的大小由减压阀 8 来调整，夹紧压力由压力表 14 来显示。当 1YA 通电时，阀 3 左位工作，系统压力油从油泵单向阀 2减压阀 8换向阀 4 左位换向阀左位液压缸右腔；液压缸左腔的油液经阀 3 直接会油箱。这时，活塞杆左移，操纵卡盘夹紧。图 2-1 液压传动系统框图
